Dirija el substrato metalizado del cobre plateado y su uso en los circuitos de la microonda

                     Dirija el substrato metalizado del cobre plateado y su uso en los circuitos de la microonda

Una técnica metalizada (DPC) plateada directa del substrato del cobre se introduce y se caracteriza en este artículo. El substrato metalizado DPC propuesto proporciona las ventajas principales de la gestión termal excelente y de características de alta frecuencia, debido a t…

El proceso directo de (DPC) del cobre plateado en el substrato de cerámica metalizado fue creado originalmente para substituir el proceso de cobre consolidado directo de (DBC) debido a su mejor eléctrico, termal y performance.1 mecánico comparado a DBC, DPC proporciona una fuerza en enlace muy fuerte entre el substrato de Al2O3/AlN y el metal de cobre, debido al uso de una película fina el enlace de DPC layer.2 también tiene una buena capacidad en el control de grueso para la capa de cobre, de muy ligeramente a muy densamente. Para el diseño fino de la echada, una línea mínima anchura/espaciamiento del conductor de 3 milipulgadas se puede obtener fácilmente, y vía los agujeros se llena del cobre para las buenas características eléctricas y termales. Usando el substrato propuesto del DPC, el rendimiento superior se puede obtener comparó a otras tecnologías en términos de sus características y usos, que incluye alta densidad del circuito, las características de alta frecuencia excepcionales, funcionamiento termal excelente de la gestión y de la transferencia de calor, solderability excepcional, y las características de la asamblea de la alambre-vinculación. Estos substratos del DPC pueden por lo tanto ser ampliamente utilizados para los componentes de alta frecuencia que requieren poder más elevado y alto calor.

En este artículo, la fabricación del DPC se describe brevemente con un organigrama de proceso, para introducir varios las cualidades dominantes de este proceso. Una caracterización eléctrica simple para el substrato del DPC entonces se utiliza para extraer la constante dieléctrica y el factor de disipación de alta frecuencia. Finalmente, los 10 gigahertz, línea paralelo-juntada filtro sintonizado se diseñan para validar los parámetros dieléctricos extraídos y el funcionamiento de alta frecuencia excelente de un substrato metalizado DPC.

Dirija el proceso del cobre plateado
El proceso entero del DPC comprende básicamente los pasos exhibidos en el cuadro 1, que incluyen la definición de los agujeros en el substrato de cerámica, farfullando una película de cobre sobre el substrato de cerámica, formando una película seca sobre la película de cobre, formando un esquema circular con la exposición y el desarrollo, los papeles principales del cobre de galjanoplastia, eliminación de la película seca y grabando al agua fuerte el metal copper.3 de la semilla los procesos detallados han sido descritos por S.P. Ru, ⁴ con explicaciones más teóricas y dibujos.

Cuadro 1 organigrama de proceso del DPC.

Con el organigrama mostrado, el proceso del DPC es comenzado definiendo los agujeros en el substrato de cerámica desnudo con un laser. Estos agujeros se pueden utilizar como vía los agujeros a comunicar entre ambos lados del substrato de cerámica si es necesario para una cierta disposición diseñada específica. Entonces una película de cobre, usada como capa del metal de la semilla, se farfulla en los lados opuestos del substrato de cerámica para cubrirlo con una capa de cobre. De las ilustraciones que describen el esquema circular, un photomask se hace usando tecnología convencional del photomask. El photomask se coloca y se adhiere plano a la película seca en el substrato de cerámica, que se envía en una cámara que expone.

Después de crear un vacío en la cámara que expone, los rayos ultravioletas irradian la película seca a través del photomask, que es polimerizado por la radiación ultravioleta. La película seca, que no es irradiada por los rayos ultravioletas, no reacciona y no guarda su composición química. El proceso de desarrollo graba al agua fuerte la parte polimerizada de la película seca por la limpieza química o la limpieza física. De esta manera, algunas partes de la película de cobre se exponen de la película seca; esas partes de la película de cobre formarán el esquema circular requerido según las ilustraciones del circuito, para producir las áreas de cobre requeridas de un circuito en el substrato de cerámica. Así, la disposición de circuito se puede imprimir en la película seca.

El cobre entonces es depositado para llenar las partes expuestas de la película seca en el substrato de cerámica, de grueso del conductor y de anchura convenientes, por una tecnología de la galjanoplastia para formar el circuito de cobre. Por los procesos antedichos, el área metalizada del circuito tiene características delgadas, planas y lisas, y la disipación de calor es buena. Entonces el níquel y el oro se depositan en la superficie superior del cobre. La película del níquel previene los átomos de los papeles principales de cobre que difunden en la película del oro. La película del oro evita la oxidación de la superficie del conductor y mejora la adherencia para los alambres de la vinculación del oro. Una resistencia óptica se forma en la superficie superior del cobre. La película seca restante en el substrato de cerámica entonces se quita. Después de pelar la película seca, el circuito de cobre es protegido por las películas del níquel y del oro. El proceso de cobre de separación de la película graba al agua fuerte la película de cobre no protegida por el óptico resiste.

Debido a los procesos descritos y a los materiales usados, varios las cualidades dominantes del proceso del DPC se pueden resumir como abajo:

· Funcionamiento termal superior

· Líneas bajas del conductor de la resistencia eléctrica

· Establo hasta temperatura > 340°C

· Ubicación exacta de la característica, compatible con la asamblea del formato automatizado, grande

· Línea fina resolución permitiendo la alta densidad de dispositivos y del conjunto de circuitos

· Confiabilidad probada

· Construcción de cerámica mecánicamente rugosa

· Bajo costo, solución de cerámica del alto rendimiento

Los usos del substrato metalizado DPC se pueden seleccionar en el alto-brillo LED (HBLED), los substratos para las células solares del concentrador, el empaquetado del semiconductor del poder y el control de motor automotriz. Además, los substratos del DPC con funcionamiento eléctrico excelente se pueden considerar para los componentes de RF/microwave, que requieren muy de pequeñas pérdidas.

Extracción eléctrica de las propiedades

Para utilizar los substratos del DPC para los usos de RF/microwave, las propiedades dieléctricas deben ser extraídas. La caracterización dieléctrica es un problema muy importante para los diseños de empaquetado electrónicos puesto que el comportamiento eléctrico es influenciado grandemente por la constante dieléctrica y la pérdida dieléctrica en los de alta frecuencia.

El cuadro 2 microcinta del DPC paralelo-juntó resonadores con las conexiones distintas de la salida: (a) PCMR1 y (b) PCMR4.

Hay métodos divulgados numerosos en el literature.5-8 publicado que muchos de estos métodos tienen uno o varias limitaciones, tales como instrumentación costosa y complicada, difícil-a-fabrican los accesorios, las propiedades dieléctricas medidas solamente válidas para una frecuencia particular, repetibilidad pobre, e incapacidad para obtener constante dieléctrica y pérdida dieléctrica. Sin embargo, en este artículo, un acercamiento simple se utiliza para obtener los factores dieléctricos exactos para el diseño y la simulación adicionales del substrato.

Holzman utilizó un modelo de ordenador del resonador para extraer el dieléctrico data.9 una vez que el circuito se modela exactamente con un simulador de (CAD) del diseño automatizado, las propiedades dieléctricas del substrato puede ser determinado comparando las predicciones del simulador con las características medidas. Este acercamiento empírico/analítico ha sido demostrado por varios investigadores en el campo de la microonda.

El cuadro los resultados medidos y simulados de 3 para la microcinta paralelo-juntó resonadores: (a) PCMR1 y (b) PCMR4.

Por lo tanto, para extraer los datos dieléctricos de alta frecuencia para el substrato del DPC, dos modificaron resonadores paralelo-juntados microcinta con ceros distintos sobre un ancho de banda amplio fueron fabricados. El cuadro 2 muestra las fotos de los resonadores paralelo-juntados (PCMR) de la microcinta. El PCMR1 mostrado afecta a ceros de la transmisión con más profundidad en frecuencias más bajas; PCMR4 genera ceros de la transmisión con una profundidad más profunda en frecuencias más altas. Los dos resonadores tienen la misma juntar-línea estructura con una línea distancia de 570 milipulgadas y un espaciamiento de 12 milipulgadas, pero enfrente de conexiones de la salida. De las medidas de los dos PCMRs, estos ceros son suficientes interpolar valores dieléctricos correctos con buena exactitud bajo respuesta de frecuencia de banda ancha. Sin embargo, la primera transmisión cero para PCMR1 y PCMR4 están en 5,2 y 4,2 gigahertz, respectivamente, y repitiendo aproximadamente en cada frecuencia resonante sobre la banda. Para hacer una simulación preliminar de los resonadores, una constante dieléctrica de 9,5 y una pérdida dieléctrica de 0,004 fueron asumidas para el substrato del DPC en la simulación del ímpetu del ADS.

La disposición de prueba consistió en un analizador de red de Agilent E8364A, un accesorio universal de la prueba de Anritsu con dos puertos de entrada coaxiales del K-conector, y un substrato metalizado DPC apoyado tierra-avión con los resonadores de la microcinta. Además, una calibración del TRL se adopta usando equipos fabricados DPC de la calibración para calibrar en el mismo avión de referencia del PCMRs. Las comparaciones entre las pérdidas de inserción simuladas y medidas para PCMR1 y PCMR4 se muestran en el cuadro 3.

El cuadro los resultados medidos y simulados de 4 para la microcinta paralelo-juntó el resonador.

De las medidas, es obvio que los valores dieléctricos presuntos están en error, con el error aumentando en frecuencias más altas. Para extraer la constante dieléctrica correcta y la pérdida dieléctrica, estos valores se ajustan en ímpetu del ADS para hacer juego la respuesta de frecuencia hasta que el cero previsto haga juego el cero medido. El cuadro 4 muestra los resultados cabidos para dos PCMRs hasta 14 gigahertz, después de ajustar los parámetros dieléctricos. En este caso, la subida de estos dos parámetros del substrato del DPC está de 9,5 a 9,75 para la constante dieléctrica y el 0,0004 al 0,002 para la pérdida dieléctrica, respectivamente. Estos valores son más exactos que los datos presuntos en frecuencias más altas y pueden ser ampliamente utilizados para el diseño y la simulación del substrato.

El cuadro 5 fotografía de los 10 gigahertz paralelo-juntó la línea filtro usando tecnología del DPC.

DISEÑO DE CIRCUITO DE LA MICROONDA

Para validar la exactitud de datos dieléctricos extraídos, un filtro de microonda fabricado en un substrato del DPC fue demostrado. Este BPF, usando una línea estructura paralelo-juntada, tiene una frecuencia central de 10 gigahertz, de un ancho de banda del 15 por ciento, de 0,1 respuestas de la igual-ondulación del DB y de topología del tercero-orden, y se muestra en el cuadro 5. El BPF fue diseñado y optimizado con ímpetu del ADS usando la constante dieléctrica extraída y la pérdida dieléctrica. Los equipos de la calibración del TRL también fueron fabricados en los substratos del DPC para cubrir el gigahertz de la gama de frecuencia de 4 a 14.

Con estos estándares de la prueba, las transiciones de la coaxil-a-microcinta de Anritsu del accesorio de la prueba y la microcinta se alinea a la entrada y los puertos de salida del filtro pueden de-ser integrados. La pérdida de inserción medida y la pérdida de vuelta se muestran en el cuadro 6. basado en estos resultados experimentales, una buena predicción de la respuesta del filtro se alcanza usando los valores dieléctricos extraídos en el simulador del EM. La pérdida de inserción medida del BPF es solamente 0,5 DB en 10 gigahertz. Demostró claramente que el proceso del DPC, fabricado con un substrato y un conductor de cobre de cerámica, proporciona funcionamiento de pequeñas pérdidas excelente en los de alta frecuencia y ofrece la capacidad excelente de ser utilizado en dispositivos del empaquetado y de la microonda del RF.

El cuadro las características medidas y simuladas de 6 del DPC de 10 gigahertz paralelo-juntó la línea filtro.

Conclusión
Este artículo presenta un substrato metalizado DPC incluyendo el flujo de proceso, la extracción eléctrica de las propiedades y un diseño de circuito de la microonda. Debido al uso del substrato de cerámica y del conductor de cobre metalizado, el substrato del DPC alcanza buenas características eléctricas de alta frecuencia. Mientras tanto, un método simple de la extracción para obtener la constante dieléctrica y la pérdida dieléctrica para el substrato del DPC fue propuesto, y una línea paralelo-juntada 10 gigahertz BPF con 0,5 pérdidas de inserción del DB fue construida para la verificación adicional. Este artículo demuestra claramente que el substrato metalizado DPC es muy conveniente para el diseño de paquete del RF y de la microonda, con su funcionamiento de pequeñas pérdidas excelente.

Referencias

1. M. Entezarian y R.A.L. Dibujó, “vinculación directa del cobre al nitruro de aluminio,” MaterialsScience y la ingeniería, A-212, julio de 1996, págs. 206-212.

2. J. Schulz-Duro, las “ventajas y novedad Direct presagió los substratos de cobre,” la confiabilidad de la microelectrónica, vol. 43, no. 3, 2003, págs. 359-365.

3. “Tecnología DPC-directa de la película fina del cobre plateado,” pinzas Hsing, www.ready-sourcing.com/sourcing-news/electronic/dpc.html.

4. S.P. Ru, “método para quitar vacíos en un substrato de cerámica,” patente de los E.E.U.U., los E.E.U.U. 6.800.211 B2, octubre de 2004.

5. M.K. Das, S.M. Voda y D.M. Pozar, “dos métodos para la medida de la constante dieléctrica del substrato,” las transacciones de IEEE en teoría de la microonda y las técnicas, vol. 35, no. 7, julio de 1987, págs. 636-642.

6. S.H. Chang, H. Kuan, H.W. Wu, R.Y. Yang y M.H. Weng, “determinación de la constante dieléctrica de la microonda por la línea método de dos microcintas combinaron con la simulación del EM, “la microonda y las letras ópticas de la tecnología, vol. 48, no. 11, noviembre de 2006, págs. 2199-2121.

7. H. Yue, medida de la tangente de K.L. Virga y de J.L. príncipe, “de la constante dieléctrica y de la pérdida usando un accesorio de Stripline,” las transacciones de IEEE en la tecnología de los componentes, del empaquetado y de fabricación, parte B, vol. 21, no. 4, noviembre de 1998, págs. 441-446.

8. P.A. Bernard y J.M. Gautray, “medida de la constante dieléctrica usando un resonador del anillo de la microcinta,” transacciones de IEEE en teoría de la microonda y técnicas, vol. 39, no. 3, marzo de 1991, págs. 592-595.

9. E.L. Holzman, “medida de la banda ancha de la constante dieléctrica de un substrato FR4 usando un resonador Paralelo-juntado de la microcinta,” de las transacciones de IEEE en teoría de la microonda y de las técnicas, vol. 54, no. 7, julio de 2006, págs. 3127-3130.